基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的“電機與電氣控制”課堂教學(xué)設(shè)計與實踐

楊振宇，姜無疾

（中山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 中山528400)

0 引言

“電機與電氣控制”是一門實踐性非常強的專業(yè)基礎(chǔ)課，培養(yǎng)學(xué)生能夠面對并適應(yīng)各種電氣控制系統(tǒng)環(huán)境，完成對電氣控制系統(tǒng)的安裝接線和運行調(diào)試，并能熟練分析和排查線路故障，解決實際問題的能力。

近年來，隨著我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和企業(yè)轉(zhuǎn)型升級不斷推進，企業(yè)對電氣技術(shù)類技能人才的要求越來越高，對會安裝調(diào)試、會排查故障、能解決實際問題的高素質(zhì)技能型人才的需求越來越急迫。企業(yè)越來越需要具有扎實基本技能，具有較強動手能力和適應(yīng)能力，并富有創(chuàng)新精神的人。目前，我國多數(shù)高職院校在學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)方面，是一個明顯的薄弱環(huán)節(jié)。學(xué)生對控制電路的理解與掌握程度[1]，直接決定了就業(yè)后的工作能力，而高職院校的大多數(shù)學(xué)生，在“電機與電氣控制”課程的學(xué)習(xí)過程中，普遍習(xí)慣于按照老師給出電氣圖紙進行安裝與接線，既不能獨立完成圖紙，不能主動分析問題，更不能主動解決問題。究其原因有：（1）學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)欲望不夠濃厚，學(xué)習(xí)積極性不夠強烈，學(xué)習(xí)能力不足：（2）受制于傳統(tǒng)的教育觀念、陳舊的教學(xué)內(nèi)容、落后的教學(xué)方法。

針對以上問題，以“電機與電氣控制”課程的教學(xué)實踐體驗為基礎(chǔ)，通過“設(shè)計型”項目任務(wù)，采用項目化教學(xué)的方法，以學(xué)生為中心，營造寬松的教學(xué)實施環(huán)境，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性[2]，以解決問題和完成項目任務(wù)為目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，該改革也取得了良好的教學(xué)效果。

1 項目化教學(xué)方案的設(shè)計

1.1 “設(shè)計型”項目化教學(xué)任務(wù)的提出

使用時間繼電器的順序控制線路是“電機與電氣控制”課程的一個重要教學(xué)內(nèi)容。為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，加強學(xué)生對電氣控制線路學(xué)習(xí)的主動性，在順序控制的教學(xué)環(huán)節(jié)，以培養(yǎng)職業(yè)能力和職業(yè)素質(zhì)為主線[3]，強化學(xué)生的工程意識為目標(biāo)，設(shè)計了“自動包裝機順序控制線路的設(shè)計、安裝與調(diào)試”的項目情境。兩個電機順序控制的教學(xué)項目“包裝機”示意如圖1所示。

圖1 基于順序控制的包裝機示意圖

1.2 項目化教學(xué)方案的設(shè)計

“包裝機”項目情境中，設(shè)置任務(wù)1和任務(wù)2兩個由易到難的項目任務(wù)，見表1。其中，任務(wù)1是在基本順序控制電路基礎(chǔ)上增加了時間順序控制功能，任務(wù)1的教學(xué)目的主要是通過知識學(xué)習(xí)，讓學(xué)生初步嘗試自行設(shè)計電氣控制線路，并總結(jié)經(jīng)驗方法，查缺補漏，歸納電氣控制線路的設(shè)計原則。任務(wù)2增加了設(shè)計難度，設(shè)計中可能需要應(yīng)用2～3個時間繼電器或增加中間繼電器，以實現(xiàn)兩個電機的交替延時啟停并循環(huán)往復(fù)運轉(zhuǎn)，對學(xué)生的創(chuàng)新能力提出了挑戰(zhàn)。

表1 項目任務(wù)設(shè)計與教學(xué)目標(biāo)意圖

2 在項目化教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力

提出“設(shè)計型”項目任務(wù)后，如何圍繞“項目任務(wù)”的解決，組織開展和實施項目化教學(xué)，不僅決定了能否有效的培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，更決定了教學(xué)的質(zhì)量和效果。

為實現(xiàn)“以學(xué)生為中心”，引導(dǎo)學(xué)生解決項目問題，完成項目任務(wù)，依次采用了翻轉(zhuǎn)課堂、方法總結(jié)、小組討論、方案審核、組織實施、項目評價等過程，最后在課后進行資料整理和知識拓展，如圖2所示。

圖2 項目化教學(xué)的組織實施過程

2.1 通過“知識總結(jié)”和“方法歸納”，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維

在項目任務(wù)1教學(xué)實施中，首先通過翻轉(zhuǎn)課堂，學(xué)生在課前通過線上學(xué)習(xí)，完成了對課本上三種基本順序控制線路的學(xué)習(xí)，并以此為知識基礎(chǔ)和設(shè)計經(jīng)驗，以小組為單位，各自初步完成了針對項目任務(wù)1的電氣控制線路的設(shè)計方案（表2），繪制了電氣原理圖，學(xué)生非常期待老師在課中評定自己的設(shè)計是否可行，更希望自己的方案能實施。

表2 從“知識總結(jié)”到“方法歸納”

翻轉(zhuǎn)課堂后，課中老師首先了解學(xué)生課前學(xué)習(xí)情況，查看學(xué)生所繪制的電氣原理圖，了解學(xué)生在課前對項目任務(wù)的設(shè)計進度和完成情況，然后對順序控制的知識點進行總結(jié)，并通過知識總結(jié)，歸納出順序控制線路的設(shè)計方法。

學(xué)生按照老師總結(jié)歸納的方法，課堂上進行重新討論、修改、完善各自小組的設(shè)計方案和電氣控制線路原理圖，通過這個環(huán)節(jié)，給予學(xué)生一種可以參考的設(shè)計方法，引導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。

2.2 通過“小組討論”和“問題引導(dǎo)”，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識

在學(xué)生完成設(shè)計方案，繪制電氣原理圖的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，老師要始終堅持以學(xué)生為中心，把握住以“學(xué)生小組討論”“老師引導(dǎo)解決問題”為核心的教學(xué)手段。讓學(xué)生通過自己分析問題，并通過小組討論解決存在的一般設(shè)計問題，為學(xué)生的設(shè)計過程不斷向前深入鋪平道路。

學(xué)生在電氣線路設(shè)計中出現(xiàn)了各種各樣的問題，普遍存在的問題主要有2種：（1）根本性的設(shè)計問題（2）關(guān)于圖紙問題。比如控制線路中器件順序混亂；無自鎖，工作不可靠；公共點線路重復(fù)，線路不精簡；圖形符號不準(zhǔn)確等。

老師對這些普遍問題進行總結(jié)，并借機適時地提出了電氣控制線路設(shè)計的基本原則，見表3。

表3 從“主要問題”到“提出原則”

教師在這個過程中，不斷巡回查看各小組對方案的設(shè)計和討論情況，并參與其中，對學(xué)生進行有效引導(dǎo)，并幫助學(xué)生分析問題，解決問題，把教學(xué)過程變成師生交流思想的雙邊活動過程[4]。

2.3 通過設(shè)計方案的不斷優(yōu)化完善，培養(yǎng)學(xué)生精益求精的品質(zhì)

學(xué)生以小組為單位，一起討論，查詢資料，最終合作完成了項目任務(wù)的設(shè)計，繪制完成了電氣控制線路圖，但學(xué)生作為沒有經(jīng)驗的初學(xué)者，即使設(shè)計完成的控制線路能實現(xiàn)控制任務(wù)，但仍然存在著諸如線路復(fù)雜、累贅、運行不可靠等問題，這時老師要繼續(xù)不斷地參與到學(xué)生小組中，提出存在的問題，并鼓勵學(xué)生向更加精簡、更加優(yōu)化的方向不斷對設(shè)計方案進行改進，學(xué)生在老師的引導(dǎo)下通過不斷地試錯和創(chuàng)新，不斷地修改和開拓思路，最終得到最簡單、最合理、最優(yōu)化的控制線路。在這個過程中，學(xué)生的創(chuàng)新熱情和學(xué)習(xí)興趣被極大地調(diào)動，非常有利于培養(yǎng)學(xué)生精益求精的學(xué)習(xí)品質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生持之以恒、不斷改進的工匠精神。

2.4 通過項目實施和評價，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神

學(xué)生解決了所有存在的設(shè)計線路問題，確立了最優(yōu)化的設(shè)計方案，并繪制完成了最終的電氣原理圖后，就可以開始進入項目安裝接線和調(diào)試階段，學(xué)生在之前的項目訓(xùn)練中，已經(jīng)積累了足夠的實操技能，對操作規(guī)范和工作要求也了然于心，因此老師只需要嚴(yán)格要求學(xué)生規(guī)范操作，并對工作過程進行嚴(yán)格的過程考核。項目完成后的匯報答辯和評價，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要一環(huán)。各個項目小組的學(xué)生都要登臺匯報，講解自己的設(shè)計過程，分享自己的設(shè)計經(jīng)驗和不足，并提出存在的問題，學(xué)生興致濃厚的對別人的設(shè)計方案和實施結(jié)果進行評價，并學(xué)習(xí)好的設(shè)計方法，獲得別人的經(jīng)驗教訓(xùn)，這個過程開拓了學(xué)生的創(chuàng)新思維，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新精神。

3 結(jié)語

基于在課堂教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，研究了以“設(shè)計型”任務(wù)項目教學(xué)法為主體的教學(xué)方式方法改革，通過翻轉(zhuǎn)課堂，小組討論，方案的設(shè)計優(yōu)化，項目實施與匯報評價培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力。在教學(xué)設(shè)計中，如何設(shè)計富有挑戰(zhàn)性的，難易適中的，能激發(fā)學(xué)生興趣的項目尤為重要，在項目教學(xué)實施過程中，以學(xué)生為中心，學(xué)生以小組為單位對設(shè)計方案進行不斷地優(yōu)化、修改和完善，把創(chuàng)新能力的培養(yǎng)落到實處，并有效地激發(fā)了學(xué)生的積極性和解決問題的意識和熱情，取得了較好的效果。